JP5708437B2

JP5708437B2 - コネクタ端子

Info

Publication number: JP5708437B2
Application number: JP2011234997A
Authority: JP
Inventors: 潤武藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2011-10-26
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2031-10-26
Also published as: JP2013093232A

Description

本発明は、コネクタに使用されるコネクタ端子に関する。

コネクタ端子を電子回路基板等に接合する場合、従来は鉛（Ｐｂ）を含むはんだ材料が用いられていた。近年、環境負荷を軽減する観点から鉛フリー化が求められるようになり、例えば、Ｓｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ合金のように、鉛を含まない鉛フリーのはんだ材料が用いられる場合が多くなった。

鉛フリーのはんだ材料でコネクタ端子を電子回路基板等に接合する場合、Ｓｎのはんだウィスカが発生することが知られている。はんだウィスカが生じると、はんだウィスカにより隣接するコネクタ端子間等にショートが発生する虞がある。そのため、はんだウィスカの対策として、例えば、電子回路基板上に防湿コーティングを施す等の設計変更や工程変更が行われている。

又、はんだウィスカの対策として、例えば、コネクタ端子とハウジング部とを備えるコネクタにおいて、ハウジング部のコネクタ端子が圧入される部位に窪みを形成する方法が提案されている。この方法では、コネクタ端子部分に発生したはんだウィスカをハウジング部に形成された窪み部分で覆うことにより、利用者がはんだウィスカに触れることを防止し、結果としてはんだウィスカの飛散を防止している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−３１００８９号公報

しかしながら、一般的には、はんだウィスカの発生メカニズム及びはんだウィスカの発生抑制策は解明されていない。そのため、はんだウィスカが発生した場合には、はんだウィスカの成長そのものを抑制する対策はない。上記の特許文献１の例でも、はんだウィスカが発生した場合に、発生したはんだウィスカをハウジング部に形成された窪み部分で覆うようにしただけであり、はんだウィスカ自体の発生を抑制するものではない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、はんだウィスカ自体の発生を抑制可能なコネクタ端子を提供することを課題とする。

本コネクタ端子は、はんだにより他部材と接合されるコネクタ端子であって、前記他部材と接合される部分に、外周面から内側に向かって全周にわたって環状に括れた括れ部が形成されており、前記括れ部は、前記外周面よりも前記内側に窪んだ底部と、前記底部の上端側に形成された上端部と、前記底部の下端側に形成された下端部とを有し、前記上端部及び前記下端部により前記はんだが前記外周面に流出するのを堰き止めることを要件とする。

本発明によれば、はんだウィスカ自体の発生を抑制可能なコネクタ端子を提供できる。

本実施の形態に係るコネクタ端子を例示する断面図である。図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。比較例に係るコネクタ端子を例示する断面図である。図３のＢ部を拡大した断面図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

図１は、本実施の形態に係るコネクタ端子を例示する断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。なお、図１及び図２において、電子回路基板５０の主面（図示しない半導体素子や抵抗、コンデンサ等を実装した面）をＸＹ平面とし、それに垂直な方向をＺ方向としている（他の図も同様）。

図１及び図２を参照するに、コネクタ端子１０は、括れ部２０と、棒状部３０とを備えている。コネクタ端子１０は細長状に形成されている。コネクタ端子１０の一端側は、ハウジング部（図示せずに）に固定されており、コネクタ端子１０の他端側は、電子回路基板５０の貫通孔５１に挿入しやすいように尖鋭形状とされている。

括れ部２０は、コネクタ端子１０の電子回路基板５０と接合される部分に環状に設けられ、コネクタ端子１０よりも細い棒状部３０を形成している。棒状部３０は、コネクタ端子１０の棒状部３０を除く部分と中心軸（Ｚ方向）が一致するように形成されている。括れ部２０は、例えば、コネクタ端子１０にプレス成型等を行うことにより形成できる。

コネクタ端子１０は、電子回路基板５０に形成された貫通孔５１に例えばＺ方向から挿入され、はんだ６０により、電子回路基板５０の配線パターン等（図示せず）と電気的に接続されている。つまり、コネクタ端子１０は、はんだ６０により電子回路基板５０と接合される部材であり、電子回路基板５０と外部とを電気的に接続する機能を有する。コネクタ端子１０の材料としては、例えば、銅合金等の高電気伝導率の導電材料を用いることができる。

なお、図１では、１つのコネクタ端子１０のみを示しているが、実際には、コネクタ端子１０は、例えば、ハウジング部（図示せずに）に複数個が所定間隔で並設されている。そして、各コネクタ端子１０は、電子回路基板５０にコネクタ端子１０に対応する間隔で並設された貫通孔５１に挿入され、電子回路基板５０の配線パターン等（図示せず）と電気的に接続されている。

電子回路基板５０は、例えば、ガラスエポキシ基板やセラミック基板、紙フェノール基板等に所定の配線パターンやスルーホール等を形成し、半導体素子や抵抗、コンデンサ等を実装したものである。なお、電子回路基板５０は、本発明に係る他部材の代表的な一例である。

はんだ６０は、コネクタ端子１０と電子回路基板５０の配線パターン等（図示せず）とを電気的に接続する機能を有する。はんだ６０としては、例えば、Ｓｎ、ＳｎとＣｕの合金、ＳｎとＢｉの合金、ＳｎとＡｇの合金、ＳｎとＡｇとＣｕの合金等の錫（Ｓｎ）系の鉛フリーはんだ材料を用いることができる。

ここで、括れ部２０及び棒状部３０について、より詳しく説明する。括れ部２０は、コネクタ端子１０の電子回路基板５０と接合される部分において、コネクタ端子１０の外周面から内側に向かって環状に括れている。コネクタ端子１０に括れ部２０を形成することにより、はんだ６０がコネクタ端子１０の外周面に流出するのを堰き止めることができる。

より詳しくは、括れ部２０は、コネクタ端子１０の外周面よりも内側に窪んだ底部２１（棒状部３０の側面）と、底部２１の上端側に形成された上端部２２と、底部２１の下端側に形成された下端部２３とを有する。上端部２２及び下端部２３は、それぞれ、コネクタ端子１０と電子回路基板５０をはんだ６０で接合する際に、はんだ６０を堰き止める機能を有する（詳しくは後述）。

上端部２２及び下端部２３は、例えば、それぞれコネクタ端子１０の長手方向に対して垂直な平面から形成することができる。但し、本実施の形態の効果（括れ部２０の上端部２２及び下端部２３により、はんだ６０を堰き止める効果）を実質的に損なわなければ、上端部２２及び下端部２３は、必ずしもコネクタ端子１０の長手方向に対して垂直な平面から形成しなくてもよい。

例えば、上端部２２及び下端部２３は、コネクタ端子１０の長手方向に対して所定角度傾斜した平面から形成してもよい。又、上端部２２及び下端部２３は、曲面から形成してもよいし、曲面と平面との組み合わせから形成してもよい。

又、棒状部３０と、コネクタ端子１０の棒状部３０を除く部分とは、中心軸（Ｚ方向）がおおよそ一致していればよく、本実施の形態の効果（括れ部２０の上端部２２及び下端部２３により、はんだ６０を堰き止める効果）を実質的に損なわなければ中心軸（Ｚ方向）がずれていてもよい。

なお、ここでは、コネクタ端子１０及び棒状部３０の断面形状を円形としているが、これに限定されることはない。例えば、コネクタ端子１０及び棒状部３０の断面形状は、矩形状を含む多角形状や楕円形状等としても構わない。

ここで、比較例を示しながら、本実施の形態に係るコネクタ端子１０の有する特有の効果について説明する。

図３は、比較例に係るコネクタ端子を例示する断面図である。図４は、図３のＢ部を拡大した断面図である。図３及び図４を参照するに、比較例に係るコネクタ端子１００は、括れ部２０が形成されていない点が、本実施の形態に係るコネクタ端子１０（図１及び図２参照）と相違する。なお、コネクタ端子１００には括れ部２０が形成されていないため、必然的に棒状部３０も形成されていない。

コネクタ端子１００は、電子回路基板５０に形成された貫通孔５１に挿入され、はんだ６０により、電子回路基板５０の配線パターン等（図示せず）と電気的に接続されている。コネクタ端子１００には、括れ部２０が形成されていないため、はんだ６０は、コネクタ端子１００の外周面を濡れ上がり、濡れ上がった部分の先端のはんだは極めて薄くなる（図３のＢ部）。

発明者らは、図４（図３のＢ部）に示すような、はんだが極めて薄くなった部分で、はんだウィスカが生じやすいことを発見した。発明者らの検討した、はんだウィスカ発生の推定メカニズムは以下の通りである。図４は、はんだウィスカ６９が発生した状態を示している。図４において、６５は酸化錫を、Ｃ及びＤは領域を、Ｆは圧縮応力を示している。

はんだウィスカ６９は、はんだ６０内の錫（Ｓｎ）が、内部に生じる圧縮応力Ｆによって押し出されて成長する。はんだ６０の表面は酸化腐食し、はんだ６０内に酸化錫６５が形成されるが、その際空気中の酸素を取り込むため、体積膨張を伴う。そのため、酸化腐食が進んで、はんだ６０内に酸化錫６５が形成されるほど、はんだ６０内に圧縮応力Ｆが生じやすい。

領域Ｃのように、はんだ６０が極めて薄くなった部分では、圧縮応力Ｆの逃げ場所がないため、はんだウィスカ６９が発生する。一方、領域Ｄのように、はんだ６０が比較的厚くなった部分では、はんだ６０内で応力分散することが可能なため、圧縮応力Ｆによって押し出されて、はんだウィスカ６９が成長する虞が少ない。このように、はんだウィスカ６９は、領域Ｃのように、はんだ６０が極めて薄くなった部分で発生しやすく、領域Ｄのように、はんだ６０が比較的厚くなった部分では発生する虞が少ない。

ここで、再度図１及び図２を参照すると、本実施の形態に係るコネクタ端子１０では、コネクタ端子１０の電子回路基板５０と接合される部分に環状の括れ部２０が設けられている。そのため、コネクタ端子１０と電子回路基板５０をはんだ６０で接合する際に、溶融状態のはんだ６０は、括れ部２０の上端部２２及び下端部２３で堰き止められ、それ以上濡れ上がらない。つまり、はんだ６０は括れ部２０内に収容され、コネクタ端子１０の外周面には流出しない。

これにより、コネクタ端子１０において、はんだ６０には、コネクタ端子１００の領域Ｃのような、はんだ６０が極めて薄くなる部分が存在しない。その結果、はんだ６０内に酸化錫６５が形成されても、はんだ６０内で応力分散することが可能なため、はんだウィスカ６９の発生を抑制できる。又、はんだウィスカ６９の発生を抑制することにより、電子回路基板５０上に防湿コーティングを施す等の設計変更や工程変更が不要となるため、コストアップを抑制できる。

なお、括れ部２０の上端部２２及び下端部２３の幅Ｗ_１（コネクタ端子１０の外周面からの深さ）や、括れ部２０の棒状部３０の長さＬ_１は、コネクタ端子１０と電子回路基板５０をはんだ６０で接合する際に、はんだ６０が上端部２２及び下端部２３で確実にせき止められるように決定することができる。但し、上端部２２及び下端部２３の幅Ｗ_１及び棒状部３０の長さＬ_１の好適な数値は、電子回路基板５０の貫通孔５１の大きさやはんだ６０の量に依存するため、ここで好適な数値を示すことはできない。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳説したが、本発明は、上述した実施の形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

１０、１００コネクタ端子
１０端子本体
２０括れ部
２１底部
２２上端部
２３下端部
３０棒状部
５０電子回路基板
５１貫通孔
６０はんだ
６５酸化錫
６９はんだウィスカ
Ｃ、Ｄ領域
Ｆ圧縮応力
Ｌ_１長さ
Ｗ_１幅

Claims

はんだにより他部材と接合されるコネクタ端子であって、
前記他部材と接合される部分に、外周面から内側に向かって全周にわたって環状に括れた括れ部が形成されており、
前記括れ部は、前記外周面よりも前記内側に窪んだ底部と、前記底部の上端側に形成された上端部と、前記底部の下端側に形成された下端部とを有し、前記上端部及び前記下端部により前記はんだが前記外周面に流出するのを堰き止めることを特徴とするコネクタ端子。